一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115763565A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211692949.3(22)申请日2022.12.28(71)申请人龙腾半导体股份有限公司地址710018陕西省西安市经济技术开发区尚稷路西安服务外包产业园创新孵化中心B座1403(72)发明人麻泽众杨乐李铁生陈桥梁(74)专利代理机构西安新思维专利商标事务所有限公司61114专利代理师李罡(51)Int.Cl.H01L29/78(2006.01)H01L29/423(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构(57)摘要本发明公开了一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，隶属于屏蔽栅沟槽型MOSFET。本发明包括重掺杂N型衬底、衬底上方的N型外延层、P型阱区、重掺杂N型源区以及重掺杂P型接触区，结构内部设有伸入到N型外延层的深沟槽，深沟槽两侧拥有侧壁氧化层介质和高k介质，沟槽内部的源极多晶硅通过中间氧化层与栅极多晶硅相隔离。高k介质的存在可以有效提高漂移区中部的电场强度，与传统SGTMOSFET相比，可以在保证击穿电压相等的情况下增加外延层的掺杂浓度，使导通电阻进一步降低。另外高k介质可以增强源极多晶硅与漏极的电荷耦合效应，使栅漏电容和栅电荷都有一定程度的降低，有效提高了器件性能。CN115763565ACN115763565A权利要求书1/1页1.一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于，包括：重掺杂N型衬底，位于衬底上方的N型外延层，位于外延层顶部的P型阱区，位于P型阱区之上的重掺杂N型源区，P型源端接触区位于两个N型源区之间，元胞两侧设有深入到外延层内部的沟槽，沟槽侧壁拥有较厚的侧壁氧化层介质和高k介质，沟槽内部的源极多晶硅被侧壁氧化层介质和高k介质所包围，沟槽内部的栅极多晶硅通过中间氧化层与源极多晶硅相隔离，在所述栅极多晶硅和源区上端形成ILD介质层，在所述ILD介质层中形成阱接触孔，在所述ILD介质层上端和阱接触孔中形成源极金属，在所述衬底背面形成漏极金属。2.根据权利要求1所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：P型源端接触区置于P型阱区内，N型源区和P型源端接触区通过伸入到阱接触孔内的源极金属短接。3.根据权利要求1所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：所述沟槽的两侧呈一定角度刻蚀，且侧壁表面平坦。4.根据权利要求3所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：所述沟槽其深度在2微米至20微米之间，宽度在0.5微米至2微米之间。5.根据权利要求1所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：所述高k介质位于沟槽中部侧壁的两侧，且高k介质的厚度与侧壁氧化层厚度保持一致。6.根据权利要求5所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：所述高k介质的厚度在0.1微米至1微米之间，长度在0.5微米至10微米之间。7.根据权利要求6所述的具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构，其特征在于：根据器件的耐压规格，可选择的高k介质材料包括Si3N4、SiON或Al2O3。2CN115763565A说明书1/3页一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构技术领域[0001]本发明属于功率半导体器件领域，具体涉及一种具有高k介质的屏蔽栅沟槽型MOSFET结构。背景技术[0002]在中低压功率器件领域，沟槽功率MOSFET由于其导通电阻低、开关速度快、元胞密度大、驱动电流小等优点，被广泛应用在电机驱动、电源管理、同步整流、储能控制等领域。但由于击穿电压与导通电阻呈正相关关系，导致导通电阻难以大幅度下降。基于二维电荷耦合原理的屏蔽栅沟槽型MOSFET（SGTMOSFET）能使导通电阻低于硅极限理论，同时降低了栅漏电容，具有优异性能的SGTMOSFET已逐渐成为中低压领域的主流器件。[0003]图1为传统的SGTMOSFET结构示意图，其沟槽深入到外延层内部，沟槽内部存在一个与源极相连的多晶硅，且源极多晶硅通过侧壁绝缘层与外延层相隔离。源极多晶硅起到类似体内场板的作用，在沟槽底部位置引入一个新的电场峰值，将原本三角形电场分布调制成悬链状分布，大幅度提高了器件的耐压，因此可以通过增加外延层掺杂浓度来进一步降低导通电阻。由于源极多晶硅减少了栅极和漏极之间的交叠面积，使得影响开关速度的栅漏电容部分转化为栅源电容和漏源电容，有效降低了开关损耗。[0004]屏蔽栅技术能够在保证击穿电压不变的情况下，同时降低导通电阻和栅漏电容，大大提升了器件性能。但是漂移区中部电场仍远低于两端的电场峰值，说明漂移区电场分布并没有完